兩種硬質(zhì)瀝青混合料配比設(shè)計(jì)及路用性能對(duì)比分析

張幸杰 孫海娜

（1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450006；2.河南省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，河南 鄭州 450006）

1 原材料

本文在試驗(yàn)研究過(guò)程中共使用了兩種瀝青，分別為“東海牌”30#瀝青和50#瀝青，所使用的集料均采用河南產(chǎn)石灰?guī)r，規(guī)格分別為0mm～5mm石屑、5mm～10mm碎石、10mm～15mm碎石和10mm～20mm碎石，礦粉為石灰?guī)r礦粉。瀝青的性能直接影響著瀝青混合料的各種路用性能，而能否準(zhǔn)確測(cè)驗(yàn)集料的各項(xiàng)指標(biāo)也直接關(guān)系著后面的級(jí)配設(shè)計(jì)。

1.1 瀝青的性能檢測(cè)

瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004），這里列出我國(guó)對(duì)硬質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)要求，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，50#瀝青的各項(xiàng)及時(shí)指標(biāo)均能滿足我國(guó)規(guī)范要求，30#瀝青15℃延度低于規(guī)范要求值。在歐洲CEN瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，15℃延度尚未納入規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中作為評(píng)價(jià)低溫性能的指標(biāo)。兩種瀝青隨著瀝青的針入度下降，針入度指數(shù)逐漸升高，其對(duì)溫度越不敏感，高溫性能越好。

1.2 集料性能試驗(yàn)

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)方法按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）對(duì)于不同粒徑集料的要求操作，密度、篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。礦粉采用石灰?guī)r礦粉，其相對(duì)密度為2.728。

2 AC-20C瀝青混合料配比設(shè)計(jì)

在進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，按照級(jí)配AC-20C，采用50#瀝青進(jìn)行相關(guān)瀝青混合料試驗(yàn)及指標(biāo)的檢測(cè)，并最終確定級(jí)配組成。然后用30#瀝青和50#瀝青分別確定最佳瀝青用量，并通過(guò)進(jìn)一步混合料性能驗(yàn)證，確定目標(biāo)配合比。依據(jù)JTG F40—2004關(guān)于瀝青混凝土的礦料級(jí)配范圍要求確定粗、中、細(xì)3種配合比的級(jí)配曲線，見(jiàn)表3和圖1。經(jīng)綜合分析選擇中級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配。

在確定最佳瀝青用量時(shí)，30#瀝青用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的5組油石比成型馬歇爾試件；50#瀝青用3.4%、3.9%、4.4%、4.9%、5.4%的5組油石比成型馬歇爾試件；50#瀝青馬歇爾試件擊實(shí)成型溫度為150℃～155℃，30#瀝青馬歇爾試件擊實(shí)成型溫度為155℃～160℃，每個(gè)試件擊實(shí)次數(shù)為雙面各75次。確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

表3 AC-20C混合料礦料級(jí)配范圍要求通過(guò)率

表4 50#瀝青確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗(yàn)

表5 30#瀝青確定混合料最佳油石比的馬歇爾試驗(yàn)

將表4、表5試驗(yàn)結(jié)果以油石比為橫坐標(biāo)，通過(guò)繪制瀝青用量和各物理—力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖，確定50#瀝青混合料的最佳油石比為4.4%，30#瀝青混合料的最佳油石比為4.5%，在最佳油石比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果全部符合規(guī)范要求。

3 路用性能對(duì)比分析

3.1 水穩(wěn)定性

對(duì)瀝青混合料采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

兩種瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度均高于規(guī)范要求值，但具體瀝青針入度的變化對(duì)混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度有何影響，由于差異不明顯，本試驗(yàn)未能得出具體結(jié)論，有待進(jìn)一步研究。

圖1 三種級(jí)配曲線圖

表6 浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度

由表7分析數(shù)據(jù)可知：對(duì)于同一種級(jí)配，兩種瀝青混合料的凍融劈裂殘留輕度比值均滿足規(guī)范對(duì)河南地區(qū)的要求；50#瀝青混合料的凍融劈裂殘留強(qiáng)度較30#瀝青有較大提升。

表7 凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度比

3.2 高溫穩(wěn)定性

瀝青路面高溫穩(wěn)定性通常是指瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。車(chē)轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料在規(guī)定溫度條件下抵抗塑性流動(dòng)變形能力的有效方法。本次車(chē)轍試驗(yàn)見(jiàn)表8。

表8 車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)

由表8數(shù)據(jù)分析可知：對(duì)于同一種級(jí)配，30#瀝青混合料的抗車(chē)轍性能較50#瀝青混合料，有了大幅提高；經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)計(jì)的兩種瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的研究，結(jié)果表明均能夠滿足我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的技術(shù)要求。

3.3 滲水試驗(yàn)

對(duì)車(chē)轍試件進(jìn)行室內(nèi)滲水試驗(yàn)，均滿足滲水系數(shù)不大于120mL/min的要求，見(jiàn)表9。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知：兩種瀝青混合料的滲水系數(shù)均遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求。滲水系數(shù)主要受瀝青混合料的級(jí)配類(lèi)型和空隙的影響，試驗(yàn)過(guò)程中，兩種瀝青混合料的滲水系數(shù)差異不顯著，30#瀝青的AC-20C級(jí)配的瀝青混合料滲水系數(shù)稍大。

表9 滲水試驗(yàn)

3.4 低溫性能

國(guó)內(nèi)外研究瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗(yàn)方法有多種，我國(guó)規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40—2004推薦使用的是瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)，用最大彎曲破壞應(yīng)變指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)硬質(zhì)瀝青混合料的低溫抗裂性能，見(jiàn)表10。

表10 瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)

由數(shù)據(jù)分析可知：兩種瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變均滿足河南地區(qū)對(duì)基質(zhì)瀝青混合料的低溫性能要求，且兩種瀝青混合料的低溫性能差異不顯著。

結(jié)論

通過(guò)本次試驗(yàn)研究，對(duì)于同一種級(jí)配而言，可以得出以下結(jié)論：（1）50#瀝青的各項(xiàng)及時(shí)指標(biāo)均能滿足我國(guó)規(guī)范要求，30#瀝青15℃延度為低于規(guī)范要求值；（2）兩種瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度均高于規(guī)范要求，但差異不明顯；50#瀝青混合料的凍融劈裂殘留強(qiáng)度較30#瀝青有較大提升；（3）30#瀝青混合料的抗車(chē)轍性能較50#瀝青混合料有了大幅提高；（4）兩種瀝青混合料的滲水系數(shù)差異不顯著，30#瀝青的AC-20C級(jí)配的瀝青混合料滲水系數(shù)稍大；（5）兩種瀝青混合料的低溫性能差異不顯著。